UNIVERZITET U ISTOČNOM SARAJEVUМAŠINSKI FAKULTETISTOČNO SARAJEVO

SEMINARSKI RAD

PREDMET: NEKONVENCIONALNI POSTUPCI OBRADE

ТЕМА: TEHNOLOŠKE KARAKTERISTIKE PROCESA PLAZMA OBRADE

Student: Profesor:Aleksija Đurić Doc. dr Zdravko BožičkovićBroj indeksa: Asistent:01/09 Dejan Jermić

Istočno Sarajevo, jun 2013.

SADRŽAJ

1. UVOD...................................................................................................................................................2

2. OSNOVE PROCESA PLAZMA OBRADE...................................................................................................3

2.1. INSTALACIJA ZA OBRADU PLAZMOM...........................................................................................5

3. PRIMJENA PROCESA PLAZMA OBRADE................................................................................................7

4. TEHNOLOŠKE KARAKTERISTIKE PLAZMA OBRADE............................................................................9

4.1. Tehnološke karakteristike postupka sječenjem plazmom..........................................................10

4.1.1. Odstupanje upravnosti i odstupanje ugla (ugaonost) (u)...................................................11

4.1.2. Srednja visina neravnina (Rz5) -hrapavost.........................................................................11

4.1.3. Zakošenje linije reza (n).....................................................................................................12

4.1.4. Topljenje na gornjoj površini (r).........................................................................................13

4.1.5. Formiranje neravnina ili šljake na dnu sečene površine.....................................................13

4.1.6. Ugao nagiba površine sječenja...........................................................................................14

4.1.7. Eksperimentalni rezultati...................................................................................................14

4.2. Tehnološke karakteristike zavarivanja plazmom........................................................................15

4.3. Tehnološke karakteristike ostalih plazma postupaka.................................................................17

5. ZAKLJUČAK.........................................................................................................................................18

LITERATURA.......................................................................................................................................19

1

1. UVOD_____________________________________________________________________________________

Nakon drugog svijetskog rata počeo je nagli razvoj novih tehnologija koje su omogućile obradu novih materijala specifičnih osobina. Ovakvi materijali koji su se odlikuju velikom zateznom čvrstoćom, termootpornošću i tvrdoćom najprije su namjenjena za izradu raznih vrsta alata. Novi postupci obrade već pomenutih materijala nazvani su Nekonvencionalni postupci obrade (NPO) jer se znatno razlikuje princip skidanja materijala u odnosu na Konvencionalne postupke obrade rezanjem (KPOR).

Do sada je razvijen veliki broj nekonvencionalnih postupaka koji se razlikuju po vrsti energije koja se koristi, te po načinu skidanja materijala sa obratka. Najpoznatiji nekonvencionalni postupci obrade su:

Obrada abrazivnim mlazom (AJM) Obrada vodenim mlazom (WJM) Obrada ultrazvukom (USM) Elektroerozivna obrada (EDM) Obrada elektronskim snopom (EBM) Obrada laserom (LBM) Obrada plazmom (PAM) Elektrohemijska obrada (ECM) Abrazivna elektrohemijska obrada (AEM) Hemijska obrada (CHM)

Kroz ovja seminarski rad biće prestavljene osnove procesa plazma obrade i to sa naglaskom na tehnološke karakteristike samog procesa. Obrada plazmom prvi put se pojavila 1956. godine i u početku se uglavnom koristila za sječenje teškoobradljivih metalnih i nemetalnih materijala. Pod plazmom (slika 1) se podrazumjeva svaka materija zagrijana na vrlo visoku temperaturu, a pri tome se nalazi u jonizovanom1 gasanom stanju.

1 Jonizacija je postupak obrazovanja jona iz neutralnih atoma ili molekula gasa

2

Slika 1: Plazma

2. OSNOVE PROCESA PLAZMA OBRADE_____________________________________________________________________________________

Iako je plazma postupak pojavio prvi put 1956. godine može se reći da on svoje korjene vuče još od 1941. godine kada je američka vojna industrija kernula u potragu za lakim materijalima za proizvodnju aviona. Iz traganja za novih tehnologijama pogodnim za ove materijala razvio se najprije novi postupak zavarivanja poznat pod nazivom „TIG“ (Tungsten Inert Gas). Do 1950. godine „TIG“ postupak je znatno elaborirao kao nova metoda za kvalitetno zavarivanje egzotičnih materijala. I tako dok se razvijao ovaj postupak zavarivanja naučnici „Union Carbide“ su otkrili da smanjenjem otvora mlaznice svojstva otvorenog TIG luka mogu biti znatno izmjenjena. Smanjena mlaznica povećava brzinu plina i temperaturnu moć samog luka (slika 2) i njegova buntovnost, shodno tome dolazi do uklanjanja rastopljene lokve koja se stvara pri zavarivanjem i tako umjesto zavarivanja nastaje rezanja materijala plazma mlazom.

Kako plazma prestavlja svaku materiju zagrijanu na visoku temperaturu, a da je u jonizovanom gasnom stanju, pa se shodno tome još naziva i jonizovani gas. To znači da se kod gasova plazma može dobiti direktnom jonizacijom gasa u atmosferi, dok se kod čvrstih materijala oni prvo moraju pretvoriti u gas (paru), pa tek onda jonizovati što se ostvaruje u vakuumu.

Plazma se sastoji od pozitivno i negativno naelektrisanih cestica (jona),i ona u ovom stanju, koje se cesto naziva i cetvrtim agregatnimstanjem, ne ponaša se po zakonima normalnih gasova, pa o tome treba voditi racuna kod primene ove vrste obrade. Mehanizam nastajanja plazme je vrlo jednostavan. Preko jakog elektricnog

3

Slika 2: Temperaturni profili za TIG luk i plazma mlaz

luka koji se stvara izmedu anode i katode propušta se neki od neutralnih gasova (npr. argon) koji sadrži i primese nekog stabilizirajuceg gasa (npr. vodonika).

Pod dejstvom vrlo visokih temperatura nastaje jonizovana gasna struja koja izlazi iz elektricnog luka u vidu buktinje plazme. Luk može da bude izveden izmedu dve elektrode od teško topljivih materijala (npr. volfram, grafit i dr.), slika 3/a, ili pak izmedu katode i obratka, koji igra ulogu anode, slika 3/b. Da bi se elektrode poštedele od pregrevanja, a time produžio vek njihovog trajanja, obavezno se primenjuje hladenje vodom koja stalno cirkuliše.

Proces obrade materijala bazira na visokoj toplotnoj i kinetickoj energiji luka plazme. Delovanjem ove dve energije pri udaru mlaza plazme o površinu obratka dolazi do razvoja vrlo visokih temperatura koje izazivaju intenzivno rastapanje, a delimicno i isparavanje materijala obratka. Rastopljeni materijal se uklanja eksplozivnim delovanjem unutrašnjih hidrodinamickih sila, kao i jakom strujom gasa plazme. Temperature na mestu obrade dostižu vrednosti 4000 do 16000 °C, pa i znatno više, što je sasvim dovoljno za trenutno rastapanje i metalnih i nemetalnih materijala.

Slika 3: Šematski prikaz nastajanja plazme, a) pomoću dvij electrode; b) pomoću electrode I obratka

Plazmu karakterišu veoma visoke temperature, brzina kretanja jonizovanih cestica, energetska nestabilnost pri odsustvu stabilizirajucih faktora i elektroprovodljivost. Temperatura luka plazme je njegova najvažnija karakteristika. Ona je veoma neujedna-čena, tako da se može uociti više temperaturskih zona. Neujednacenost temperatura u

4

luku plazme je nepovoljno, s obzirom da bitno utice na tacnost i kvalitet obrade. Zbog toga se u sadašnjem trenutku, obrada plazmom i ne koristi u proizvodnim operacijama u kojima se zahteva visoka tacnost mera i kvalitet obradene površine. Brzina isticanja,odnosno kretanja joniziranih cestica, je druga važna osobina plazme. Elektroprovodljivost plazme je takode njena važna karakteristika, jer omogucuje upravlja nje tokom lazme pomocu magnetnih ili elektromagnetnih polja, što je veoma bitno kod odredenih primena plazme.

2.1. INSTALACIJA ZA OBRADU PLAZMOM

U cilju postizanja najpovoljnijih tehnoekonomskih efekata obrade, postrojenje za obradu plazmom mora da sadrži sledece najvažnije elemente: generator jednosmerne struje za napajanje, sisteme za dovodenje plazma gasova i vode za hladenje, odgovarajuci tip plazmatrona, kao i sistem za kontrolu procesa obrade i upravljanje, slika 4.

Od svih elemenata koji cine postroje (slika 3). Najinte-resantniji su plazmatroni, u kojima se dobija luk plazme, kao i plazma-gasovi, dok se ostali elementi mogu smatrati standardnim uređa-jima cija se primena sreće i u drugim postrojenjima.

Plazmatroni su uređaji u kojim se stvara plazma, pored pomenutog naziva u literaturu se može još sresti i nazivi kao što su: plazmagorac, plazmatron, mlaznik, gorionik, itd. U cilju realizacije razlicitih proizvodnih operacija obrade plazmom, razvijen je citav niz razlicitih konstruktivnih rešenja plazmatrona. Postoje tri osnovna tipa plazmatrona: otvoreni, zatvoreni i kombinovani, slika 5.

5

Slika 4: Strukturna šema postrojenja za obradu plazmom

Slika 5: Osnovni tipovi plazmatrona, a) otvoreno; b) zatvoreni; c) kombinovani; d) izgled jednog plazmatrona

Plazma-gasovi igraju veoma važnu ulogu u procesu nastanka plazme, pa se logicno njihovom izboru mora posvetiti velika pažnja. Plazma-gas sacinjavaju radni gas, kojem se po pravilu dodaje stabilizirajuci gas, koji ima zadatak da stabilizuje energetsku moc plazme, hladi katodu i deluje kao dodatni medijum za prenos toplote. Kao radni plazma-gasovi koriste se cisti gasovi kao što su: argon, azot, helijum, vodonik, ugljendioksid i dr. ili njihove međusobne smeše. Kao stabilizirajuci gasovi obicno se koristi vodonik ili kiseonik. U praksi se najcešce koristi smeša argona i vodonika, s obzirom da se postiže visoka energetska moc plazme i sa relativno niskim vrednostima struje i napona.

Primenom snažnih generatora jednosmerne struje, sve se više koriste smeše azota i vodonika, azota i kiseonika ili vazduha (80% azota i 20% kiseonika), jer se znacajno povecava moc plazme, bezbednost rada, a snižavaju se i troškovi obrade. Vrsta i procentualno ucešce gasova u smeši zavisi od podrucja primene plazme i odreduje se eksperimentalnim putem.

6

3. PRIMJENA PROCESA PLAZMA OBRADE_____________________________________________________________________________________

Kao što je na pocetku istaknuto, plazma se veoma uspešno koristi za izvodenje citavog niza proizvodnih operacija od kojih su najvažnije: secenje metalnih i nemetalnih materijala, zavarivanje, topljenje metala, nanošenje tvrdih prevlaka na elemente mašina i alate, predgrevanje materijala pri obradi rezanjem, pri izradi delova od teškoobradljivih materijala i dr.

Secenje metalnih i nemetalnih materijala, koji se drugim postupcima obrade teško mogu obradivati, jedna je od najcešcih proizvodnih operacija. Ovim postupkom mogu se seci celici cija debljina može da ide i do 150 mm. Najcešce se koristi u brodogradnji, industriji sudova pod visokim pritiskom (cisterne, rezervoari i sl.),

mostogradnji, teškoj mašino-gradnji, jednom recju svuda gde se koriste metalni limovi velikih debljina. Na slici 6 dat je šematski prikaz instalacije za secenje materijala plazmom sa osnovnim elementima. Rezovi mogu biti bilo koje konfiguracije, znaci i vrlo složene, što se kod savremenih instalacija ostvaruje sistemima sa numerickim upra-vljanjem.

Zavarivanje plazmom (slika 7) se sve više koristi u praksi, jer u poredenju sa drugima postu-pcima zavarivanja omogucuje: vecu dubinu uvarivanja, manju širinu zavara, užu zonu termickog uticaja, vecu brzinu rada i bolji kvalitet zavara. Zavarivanjem plazmom mogu se, u jednom prolazu, zavariti elementi debljine i do 20 mm, cime se, u poredenju sa klasicnim postupcima zavarivanja, obezbeduje veca produktivnost obrade, manje deformacije i znatno veca pouzdanost zavarenog spoja.

7

Slika 6: Sječenje pomoću plazme, a) šema uređaja za sječenje: 1. plazmatron, 2.generator statičkog luka, generator visokofrekventnog električnog polja, 4. obradak b) primjer isjacanja nepravilnih otvora na cijevi

Plazma postupak je veoma pogodan za nanošenje tvrdih prevlaka na elemente mašina koji su pri radu izloženi intenzivnom habanju, kao i na alate za obradu rezanjem od brzoreznog celika i tvrdog metala. Na taj nacin se dobijaju delovi mašina i rezni alati koji imaju tvrd površinski sloj otporan na habanje i žilavo jezgro sposobno da primi visoka naprezanja, koja mogu imati i dinamicki karakter.

Nanošenje tvrdih prevlaka ostvaruje se tako što se dodatni materijal u vidu metalnog praha dovodi u specijalno oblikovani plazmatron ili u obliku šipke ili žice postavlja ispred plazmatrona. Prah, odnosno šipka ili žica se dejstvom plazme topi i u vidu kapljica pada na osnovni materijal, razliva se i tako obrazuje prevlaku odgovarajucih karakteristika. Jonska plazma tehnologija je poseban, znatno finiji i savremeniji postupak nanošenja tvrdih prevlaka u kome je katoda izradena od materijala za prevlake

Livenje metalnih materijala uz pomoc plazme je savremen postupak kod koga se luk plazme koristi za topljenje metala koji može biti u vidu poluga, slika 8.6, ili sitnijih komadica. Rastopljeni materijal se sakuplja u kristalizatoru koji se intenzivno hladi protocnom vodom. Zahvaljujuci veoma malom sadržaju nemetalnih ukljucaka (oksida, vodonika i dr.), ovim postupkom se dobijaju metalni odlivci znatno boljih mehanickih osobina nego kod klasicnog pripremanja liva u pecima. Osim toga, postupak je veoma fleksibilan, s obzirom da je vrlo brzo moguce promeniti vrstu i hemijski sastav materijala koji se lije, asortiman odlivaka i dr, za šta je kod klasicnih postupaka livenja potrebno znatno više vremena.

Kod obrade rezanjem plazma se može dvojako koristiti. U prvom slucaju plazmom se može direktno skidati materijal umesto reznih alata (slika 8). Na tom principu nastalo je struganje plazmom, koje se koristi za skidanje tvrde kore ili kao gruba obrada teškoobradljivih materijala, kakvi su visokolegirani celici ili tvrdi liv. U tom slucaju strugarski nož je zamenjen odgovarajucim plazmatronom, koji se mora postaviti u tacno odredeni položaj, s tim da je otvor mlaznice udaljen od površine obratka za oko 10 mm.

8

Slika 7: Šematski prikaz zavarivanja pomoću plazme

Plazma tehnologija se može uspešno koristi i za kompletno oblikovanje delova od teško-obradljivih materijala, koji se drugim postupcima obrade veoma teško mogu izraditi. I ovde se plazma dvojako primenjuje. U prvom slucaju koristi se postupak jonske plazma tehnologije za nanošenje prevlaka pri obliko-vanju delova male debljine i složenog geometrijskog oblika, prvenstveno od volframa, moli-

bdena i drugih slicnih materijala. Materijal se u vidu metalne plazme unosi u kalup ili šablon, koji se nakon hladenja razara i tako dobija željeni komad.

4. TEHNOLOŠKE KARAKTERISTIKE PLAZMA OBRADE

_____________________________________________________________________________________

Osnovne karakteristike procesa plazma obrade su proizvodnost, tačnost obrade i kvalitet obrađene površine. Proizvodnost se može definisati kao količina skinutog materijala u jedinici vremena, dok tačnost obrada i kvalitet obrađene površine su karakteristike vezane za dimenzionalnu analizu.

S obzirom da se plazma postupak primjenjuje u različite svrhe kao što je navedeno u prethodnom poglavljum tako i tehnološke karakteristike samog procesa zavise od mjestai načina upotrebe plazma postupka. Kroz ovaj rad biće prestavljenje tehnološke karakteristike zavisno od mjesta primjene plazma obrade. Ovaj proces obrade najčešće je korišten za rezanje metalnih i nemetalnih materijala, za zavarivanje i nanošenje prevlaka, te će shodno tome ovdje biti prestavljene osnovne tehnološke karakteristike procesa plazma obrade.

9

Slika 8: Šematski prikaz obrade struganjem uz primjenu plazme za predgrijavanje obratka

4.1. Tehnološke karakteristike postupka sječenjem plazmom

Kao i u slučaju drugih metoda obrade metala, kod sečenja plazmom, u cilju dobijanja potrebnog kvaliteta, veoma je bitno dobro poznavati proces, odnosno parametre koji su uključeni u proces i njihov uticaj (slika 9). Ulazni parametri su parametri koji se mogu kontrolisati i njihove vrednosti su poznate a mogu se birati i podešavati od strane operatera. Izlazni parametri se odnose na kvalitet dobijenih površina. Faktori koji se ne mogu kontrolisati potiču od mašine i radnog okruženja.

Slika 9: Parametri sječenja plazmom

Standard "EN ISO 9013" definiše kvalitet sječenja plazmom preko sledećih parametara (slika 10):

o Odstupanje upravnosti i uglastosti (u)

o Srednja visina neravnina (Rz5, Ra) -

hrapavost o Zakošenost linija reza (n),

o Topljenje na gornjoj ivici (r)

o Moguće formiranje neravnina ili šljake

(rastopljeni metal u obliku kapljica) na dnu površine reza.

10

Slika 10: Parametri kvaliteta kod sječenja plazme

Ovaj standard definiše termine kao što su: širina sečenja (reza), ugao nagiba površine reza… koji se mogu koristiti za definisanje kvaliteta obrade.

4.1.1. Odstupanje upravnosti i odstupanje ugla (ugaonost) (u)

Uspravnost i uglastost je definisana kao rastojanje između dve prave paralelne linije koje ograničavaju gornje i donje granice profila od površine reza na teoretski pravilnom uglu, 90 stepeni od isečene površine za uspravnost, slika 11. Standard definiše zonu značajnu za merenje (u) koja je redukovana na vrhu i dnu ivice za vrednost ∆a, koja zavisi od debljine materijala. Ova mera (u) predstavlja meru konveksnosti ili konkavnosti površine.

Nekoliko radova u literaturi ističu da smer kretanja gorionika i smer vrtložnog kretanja plazma gasa definišu različitu upravnost i odstupanje ugla (uglastost) na dve strane isečka, levu i desnu stranu (UL i UR) čime se ističe asimetričnost ponašanja plazma gasa.

4.1.2. Srednja visina neravnina (Rz5) -hrapavost

Na površinsku hrapavost utiče više ulaznih parametara, ali su najuticajniji: brzina sečenja, jačina struje i debljina materijala. Na osnovu razvijenih matematičkih modela, se vidi da debljina materijala ima najveći uticaj na površinsku hrapavost. To je i logično

jer je jačina struje i brzina sečenja u funkciji debljine materijala.Eksperimenti prikazani u radu pokazuju da je površinska hrapavost inverzno proporcionalna količini odnešenog materijala. Potrebna površi-nska hrapavost u funkciji debljine materijala je definisana standardom ISO 9013. Može se videti da tanji materijali imaju manju hrapavost (slika 12). Hrapavost površine reza je povezana sa stabilnošću procesa. Kada je gorionik previsoko pozicioniran u odnosu na radni predmet plazma luk je dug i zakrivljen.

Ova pojava dovodi do formiranja riseva i površinskih talasa, a samim tim i do povećana hrapavosti površina, Rz i Ra. Kada se

11

Slika 11: Upravnost i ugaonost

Slika 12: Uticaj debljine materijala na Rz prema standardu „EN ISO 9013“

povećava brzina sečenja plamen se kreće brzo i plazma luk gubi stabilnost u pogledu sečenja. Zbog toga plazma luk ne može da ostane upravan (normalan) na gornju površinu radnog predmeta, tako da na površini sečenja formira risove. Sa druge strane isuviše niske brzine sečenja dovode do prekomernog zagrevanja i topljenja u radnoj zoni, što rezultira pojavom brazda.

Na osnovu mnogih eksperimenata se vidi da je brzina sečenja najuticajniji parametar na Rz, ali to ne znači da se optimalna vrednost površinske hrapavosti dobija samo promenom brzine sečenja. Optimalna vrednost Rz se uglavnom dobija odgovarajućim konbinovanjem brzine sečenja i jačine struje, pod uslovom da su ostali manje utacajni parametri odgovarajući (oblik mlaznice, pritisak gasa, udaljenost mlaznice od radnog komada, itd.). Razvijeno je dosta matematičkih modela i softvera čijom se primenom može doći do ulaznih parametara koji daju optimalnu vrednost Rz za odgovarajuće uslove. Poznato je da hrapavost dobijene površine nije ista po dubini. Eksperimentalnim ispitivanjima je utvrđeno da prečnik mlaznice ima veći uticaj na hrapavost površina u gornjim zonama sečenja (1 mm od gornje površine) nego u donjim zonama (5 mm od donje površine). Ovim ispitivanjima je dokazano da više vrednosti radnog pritiska daju niže vrednosti Rz. Površinska hrapavost je različita za levu i desnu stranu reza. Površine na desnoj stranisu oko 25% grublje nego na levoj strani.

4.1.3. Zakošenje linije reza (n).

Zakošenje linija reza (n) je rastojanje između dve tačke na linijama reza u smeru sečenja (slika 13). Pri ekstremno velikim brzinama sečenja luk postaje nestabilan i osciluje, tako da rastopljeni metal formira linije u obliku "repa"(linija reza) (slika 14). Pri velikim brzinama sečenja ugao ovih linija osciluje od 60º - 80º,dok pri maksimalnoj brzini ovaj ugao ima vrednost 90º i rez je izgubljen, odnosno ne dolazi do probijanja materijala. U donjoj trećini reza luk se kreće nazad pod oštrim uglom. Nastala mala količina rastopljenog metala se u ovom slučaju ne izbacuje van.

12

Slika 13: Linija reza Slika 14: Linija reza, ugao reza (kašnjenje plazma luka)

4.1.4. Topljenje na gornjoj površini (r)

Zaobljavanje na gornjoj površini sečenja se javlja usled velike brzine sečenja ili velike udaljenosti laznice od radnog komada. Gornja površina može biti i sa prepustom (ispustom), slika 15. Na gornjoj površini se mogu javiti naslage, koje predstavljaju nagomilani materijal ponovo očvrslog metala koji se taloži duž površine rezanja. Uglavnom se lako uklanja. Ova pojava se javlja pri velikim brzinama, velikom rastojanju

od mlaznice, kao i pri radu sa pohabanom mlaznicom. Naslage na gornjoj površini se mogu javiti i od vrtložnog kretanja plazma gasa. Ova pojava se javlja kada postoji veliki pozitivni ugao nagiba,jer tada usled nagiba mlaznice postoji razlika u pritisku koja rastopljeni metal izbacuje

ka gornjoj površini.

4.1.5. Formiranje neravnina ili šljake (rastopljenog metala u obliku kapljica) na dnu sečene površine

Kod plazma sečenja jedan od najvećih problema koji se javlja je ostatak rastopljenog čelika koji se javlja na donjoj površini reza. Koncentracija šljakle će biti veća na lošijoj strani. Količina šljake zavisi od mnogih ali su najuticajniji: vrste materijala, brzina sečenja i jačina struje. Postoje dve vrste rastopljenog metala (šljake) na donjoj površini :

o šljaka formirana od male brzine sečenja

o šljaka formirana od velike brzine sečenja

Ako je brzina sečenja isuviše mala plazma luk počinje da vrši sečenje materijala i van željene širine. Tada se dobija rez veće širine, ali se ne postiže izbacivanje svog rastopljenog metala. Ovaj rastopljeni metal se akumulira duž donje površine u loptasto-mehurastom zadebeljalom obliku. Ovako nastao nagomilani rastopljeni metal se lako uklanja. Rastopljeni metal (šljaka) nastao pri malim brzinama rezanja prati pojava konkavne površine (slika 16). Može se desiti i da rastopljeni metal na donjoj površini formira "mostove" preko kojih se presečeni strane dela ponovo spajaju. Pri ekstremno niskim brzinama sečenja plazma luk se gasi jer nema dovoljno metala da održi luk. Povećanje jačine struje ili smanjenje rastojanja između mlaznice i radnog predmeta ima isti efekat na pojavu rastopljenog metala. Praktično, sprečavanje ove pojave se postiže odvođenjem dela toplote iz zone sečenja, što se postiže: smanjenjem jačine struje ili povećanjem rastojanja između mlaznice i radnog komada.parametara

13

Slika 15: Zakošenje gornje ivice

Velika brzina topljenja metala daje zaokružen vrh na ulazu sečene površine (slika 17). Rastopljeni metal se na donjoj površini skuplja u obliku niti određene debljine. Pri ovim brzinama plazma luk često ne prodire na suprotnu stranu kroz metal i može se ugasiti. Veliko rastojanje između mlaznice i radnog komada, kao i mala jačina struje mogu dovesti do iste pojave kao i isuviše velika brzina. Povećanjem jačine struje ili približavanjem mlaznice do predmeta dovodi se veća količina toplote u zonu sečenja, pa se time smanjuje efekat kašnjenja luka, odnosno, smanjuju se negativne posledice velike brzine.

4.1.6. Ugao nagiba površine sječenja

Sečenje plazmom uglavnom rezultira uglom nagiba od 1 do 3° na "dobroj" strani i 3 do 8° na "lošoj" strani, kada se koristi gorionik sa vrtložnim kretanjem plazma gasa. Kada se koriste gorionici sa laminarnim protokom, ugao nagiba se na obe strane uglavnom kreće od 4 do 8°. Ovi uglovi su najuočljiviji kod aplikacija gde je gorionik kvadratnog preseka. Dobru i lošiju stranu reza određuje smer kretanja gorionika i vrtlog plazma gasa (slika 18).

4.1.7. Eksperimentalni rezultati

Na Mašinskom fakultetu u Nišu izvršen je eksperiment na 17 uzoraka, gdje je ustanovljeno da od brzina rezanja i jačina struje zavise tehnološke karakteristike samog procesa rezanja. Tako je utvrđeno da je najlošiji kvalitet obrađene površine kada se koristi brzina rezanja od 530 mm/min i struja od 60 A (slika 19), dok je najbolji kvalitet obrade ustanovljen korištenjem brzine rezanja od 870 mm/min i sa jačinom struje od 100 A (slika 20).

14

Slika 16: Šljaka nastala pri malom brzinom sječenja plazmom Slika 17: Šljaka nastala pri velikoj brzini sječenja plazmom

Slika 18: Pozitivan ugao nagiba sječenja

4.2. Tehnološke karakteristike zavarivanja plazmom

Plazma zavarivanje razvijeno je 60-tih godina prošloga vijeka, kao jedan od prvih postupaka gdje se pojavljuje termin plazma, iako je daljim razvojem stavljen u drugi plan u odnosu na sječenje plazmom, još uvjek plazma zavarivanje nalazi primjenu u industrijskim postrojenjima. Shodno navedenom potrebno je razmotriti osnovne tehnološke parametre procesa plazma zavarivanja.

Uobičajeni WIG izvori struje mogu se koristiti za zavarivanje plazmom jednostavnim dodavanjem upravljačke kutije kojom se reguliše uspostavljanjeluka, protok gasova i vode za hlađenje. Rezanje plazmom zahtijeva istu osnovnu vrstuizvora struje, ali mora imati dosta viši napon praznog hoda i treba da je u moguć nosti da proizvede mnogo višu jačinu struje nego WIG izvor struje. Napon praznog hoda za jedinicu plazme može biti visok i 400 V. Stvarno, skoro svaki izvor jednosmerne struje sastrmopadajućim naponom i najmanjom vrednošć u napona praznog hoda od 80 V i glavnimkontaktorom može se koristiti za rad opreme za zavarivanje plazmom. Minimalna struja koju ćete postići zavisi od izabranog izvora struje. Najčešće, međutim, visok napon seobezbeduje posebno konstruisanim izvorima struje za luk plazme.

Temperatura plazma gasa je svakako jedan od parametara koji ne samo utiče na proizvodnost nego i na sam kvalitet šava. S povećavanjem temperature raste i proizvodnost. Na slici 21 prikazane su karakteristične temperature pri plazma zavarivanju.

Širina električnog luka, daljina električnog luka i širina šava su svakako jedni od najuticajnijih parametara na tehnološke karakteristike plazma zavarivanja. Na slici 22 data su preporučene vrijednosti ovih parametara, povećavanjem preporučenih vrijednosti neće se znatno povećavati proizvodnost ni kvalitet zavara.

15

Slika 21: Temperature pri plazma zavarivanju

Slika 21: Preporučene vrijednosti širine električnog luka, daljine električnog luka i širine šava

Kao zaštiti glas prilikom plazma zavarivanja najčešće se koristi Ar, Ar+H2, N2+H2, dok je preporučeno da struja zavarivanja bude veća od 0.05 A. I pored velikog broja prednosti ovaj postupak se ipak ograničava na zavarivanje odredjenih materijala, razlog se ogleda u činjenici da drugi postupci zavarivanja mogu postići veću proizvodnost i isti kvalitet šava. Najpogodnija primjena ovog postupka je:

male debljine materijali osjetljivi na velike deformacije (CrNi) zavarivanje opreme za medicinu, procesnu industriju, precizni elementi za

medicinu itd. zavarivanje šavnih cijevi od CrNi čelika (slika 22) zavarivanje bakra

Slika 22: Primjer šavnih cijevi

4.3. Tehnološke karakteristike ostalih plazma postupaka

U opštem slučaju može se zaključiti da proizvodnost i kvalitet drugih postupaka gdje se primjenjuje jonizovani gas-plazma zavise najčešće od same instalacije. Takodje je i postupak stvaranja plzma gasa značajan za tehnološke karakteristike. Plazmu karakterišu:

16

veoma visoka temperatura brzina kretanja jonizovanih čestica energetska nestabilnost pri odsustvu stabilizirajulćih faktora elektroprovodljivost

Izbor odgovarajućih plazma gasova veoma je bitno i prestavlja kompleksnu problematiku koja zahtjeva detaljno proučavanje procesa obrade i određivanje uticaja vrste plzma gasa na osnovnetehnološke parametre posmatrane obrade. Pri tome se takođe mora voditi računa i o ekološkim aspektima primjene nekog gasa, s obzirom da postoje vrlo dobri plazma gasovi koji djeluju toksično.

5. ZAKLJUČAK_____________________________________________________________________________________

17

Možemo zaključiti da ovaj postupak kao jdena od savremenih tehnologija sve više počinje da se koristi u industrijskim sistemima i kao takva potrebno je je dodatno razmatrati. Razni naučni radovi iz ove oblasti govore da ovaj postupak ima svoju težinu.

Kroz ovaj rad vidjeli smo gdje se sve primjenjuje ovaj nekonvencionalni postupak, te su razmotreni osnovni parametri postupka koji utiču na tehnološke karakteristike. Veoma je bitno za naglasit da su kroz seminarski rad iznošeni rezultati raznih istraživanja. Svaka tehnologija pa i ova ima svoje prednosti i nedostateke ali je veoma bitno dobro poznavanje procesa i tehnologije obrade, od izbora ovih zavisi i ekonomičnost i proizvodnost samog procesa obrade.

Plazma postupak je jedan od nekonvencionalnih tehnologija koji je jedno vrijeme bio u drugom planu ali se razvojem tehnologije i numeričkog upravljanja ponovo vartio u industrijska postrojenja, najviše iz produktivnih razloga.

LITERATURA_____________________________________________________________________________________

18

[1] Milkić, D.:Nekonvencionalni postupci obrade-priručnik za studije i praksu,Novi SAD , 2002.

[2] Nedić,B., Janković,M., Radovanović, M.: kvalitet obrade kod plazme, IMK-14-Istraživanje i razvoj, 19(2013)1, SR7-14

[3] Tseng, K. H., Hsieh S. T., Tseng C. C.: Effect of process parameters of micro-plasma arc welding on morphology and quality instainless steel edge joint welds, Science and Technology of Welding and Joining, 2003, str. 423-430

[4] The Fabricator: Improving plasma cut quality, september 2007.

[5] Eichentopf, I.-M. , Arnold, Th., Böhm, G.: Grundlagenuntersuchungen zur Plasmajet-gestützten Bearbeitung von SiC, Leibniz-Institut für Oberfläche-nmodifizierung e.V.,2009.

[6] Internet

19